提升土壤肥力可實現(xiàn)玉米機械粒收增產(chǎn)減損*

于曉芳,雷娟瑋,高聚林,馬達靈,王志剛,胡樹平,孫繼穎,青格爾,屈佳偉,王富貴

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 呼和浩特 010018)

玉米(Zea mays)是我國第一大糧食作物,2019年種植面積已超過0.4億hm2,在保障國家糧食安全中起到極其重要的作用。但是,目前我國玉米收獲主要以機械化穗收為主,粒收面積很少。柴宗文等[1]對我國15個省(市)168個地塊獲得的1698組玉米收獲質(zhì)量樣本數(shù)據(jù)分析表明,破碎率高是當前中國玉米機械粒收存在的主要質(zhì)量問題。李少昆等[2]2013—2017年對內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)的機械化籽粒直收研究結(jié)果表明,收獲時籽粒破碎率均值為9.89%,產(chǎn)量總損失率均值為5.77%,亦高于國家標準(≤5.0%)?？梢?限制我國玉米機械化籽粒直收的主要原因之一是機械粒收質(zhì)量偏低,收獲損失大。在機械化粒收成為降低玉米生產(chǎn)成本,提高我國玉米收獲質(zhì)量的有效途徑和必然趨勢的背景下,如何提高機械化粒收質(zhì)量成為我國玉米全程機械化發(fā)展的核心問題[3]。

收獲時玉米的倒伏率、籽粒含水量是影響機械粒收質(zhì)量的關鍵因素,而倒伏率、籽粒含水量受品種、種植密度、水肥管理等多因素影響[3]。土壤作為玉米生長的載體,耕地土壤肥力的高低影響其生長發(fā)育進程以及產(chǎn)量。前人開展的相關理論及技術(shù)研究證實,合理的耕作和秸稈還田措施可有效提升土壤肥力[4-6]。然而,土壤肥力提升后是否通過改善玉米生長發(fā)育特性達到機械粒收減損,相關研究結(jié)果還少見報道。為了適應玉米生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變,滿足籽粒直收需求,本研究選用不同玉米品種,設置高、低兩種種植密度,以耕作和秸稈還田措施為手段創(chuàng)造不同土壤肥力條件,研究土壤肥力對玉米機械粒收質(zhì)量、穗位整齊度、倒伏率、脫水速率及籽粒含水量等宜機械粒收特性的影響,揭示土壤肥力提升對玉米機械粒收增產(chǎn)減損的機制,為內(nèi)蒙古地區(qū)采取適宜的耕作和秸稈還田方式提升土壤肥力,實現(xiàn)玉米增收、機械化籽粒直收減損提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2019年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學科技園區(qū)(內(nèi)蒙古包頭市土默特右旗溝門鎮(zhèn)北只圖村,40°28′28″E,110°29′5″N)進行。前茬作物為玉米。2018年玉米生長季日平均氣溫20.1 ℃,降雨量486.6 mm;2019年玉米生長季日平均氣溫20.6 ℃,降雨量363.1 mm。播種前耕層土壤(0～30 cm土層)養(yǎng)分數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 2018年和2019年不同耕作措施和秸稈還田的土壤養(yǎng)分情況Table 1 Soil nutrients contents of different tillage and straw returning measures in 2018 and 2019

1.2 試驗設計

試驗采用再裂區(qū)試驗設計,主區(qū)為土壤肥力,分別以農(nóng)戶淺旋(F)的土壤肥力為對照,設置條深旋(SC)、深松(SS)、深翻(DP)、免耕(NT)、推茬清壟條深旋(SCR)、深松秸稈混拌還田(SSR)、深翻秸稈粉碎還田(DPR)、秸稈覆蓋還田免耕播種(NTR)等8個處理下的土壤肥力,2年肥力指數(shù)的具體數(shù)值見表1。農(nóng)戶淺旋:在秋季機械收獲后秸稈離田,春淺旋(15 cm),整地播種;條深旋:秋季機械收獲后秸稈離田,春季條深旋(30 cm),整地播種;深松:秋季機械收獲后秸稈離田,秋深松(35 cm以上),春淺旋,整地播種;深翻:秋季機械收獲后秸稈離田,秋深翻(35 cm以上),春整地播種;免耕:秋季機械收獲秸稈離田,春免耕機播種;推茬清壟條深旋:秋季機械收獲后秸稈全量粉碎覆蓋還田,春條旋耕30 cm,推茬清壟播種機播種,小雙行;深松秸稈混拌還田:秋季機械收獲后秸稈全量粉碎覆蓋還田,秋深松(35 cm以上),春淺旋混拌使秸稈進入土中,整地播種;深翻秸稈粉碎還田:秋季機械收獲后秸稈全量二次粉碎,秋深翻(35 cm以上)使秸稈翻入土中,春整地播種;秸稈覆蓋還田免耕播種:秋季機械收獲后秸稈全量覆蓋,春粉碎還田、免耕播種。副區(qū)為品種,分別為‘先玉696’(XY696)、‘西蒙6號’(XM6);副副區(qū)為種植密度,分別為8.25萬株·hm?2和11.25萬株·hm?2。每處理3次重復,每一重復的小區(qū)面積390 m2,長65 m,寬6 m,種植行距60 cm,株距按密度調(diào)節(jié)。2年連續(xù)試驗各處理田間排列和位置固定,2018年4月23日播種,10月28日機械收獲籽粒;2019年4月26日播種,10月26機械收獲籽粒。肥料管理如下:施純N 465.0 kg·hm?2、P2O5210.0 kg·hm?2、K2O 202.5 kg·hm?2,其中,N按3∶7分別于拔節(jié)、大口期追施,P2O5和K2O作為基肥一次性施入。其他管理同大田生產(chǎn)。不同耕作方式下土壤肥力指數(shù)見表2。

表2 2018年和2019年不同耕作措施和秸稈還田的土壤肥力指數(shù)Table 2 Soil fertility indexes of different tillage and straw returning measures in 2018 and 2019

1.3 測定指標與方法

1)穗位變異系數(shù):于乳熟期每一重復選取15株有代表性的連續(xù)植株,測定穗位高,計算穗位變異系數(shù)。

2)倒伏率:于收獲前一天調(diào)查倒伏,倒伏是指莖稈傾斜角度小于45°和莖折的植株,計算倒伏率。

3)收獲籽粒含水量(%):在機收后的籽粒中,用谷物水分測定儀PM-8188(日本KETT公司),測定收獲籽粒含水率,每處理測5次重復計算平均值。

4)籽粒脫水特性:于吐絲后32 d開始取樣,每6 d取一次,至收獲共取樣11次,每一重復取整齊一致的5個果穗,手工脫粒,測定鮮重、干重,計算籽粒含水率和籽粒平均脫水速率。

5)人工測產(chǎn)及考種:在收獲期測產(chǎn),去除邊行效應,每一處理隨機選取3點,每點驗收2行,量取5 m,準確量取測產(chǎn)區(qū)面積,并調(diào)查該面積內(nèi)總株數(shù)、穗數(shù)、雙穗數(shù)、空稈數(shù)、倒伏數(shù)、實際收獲株數(shù)、收獲總穗數(shù)。隨后將每處理所取果穗自然風干,留作室內(nèi)考種。測定項目包括:穗粒重、粒重、千粒重、行粒數(shù)、穗行數(shù)和產(chǎn)量等。

6)機收測產(chǎn)及產(chǎn)量損失率調(diào)查:每一處理選取無破壞性取樣的重復進行機械粒收測產(chǎn),所用收獲機械為約翰迪爾R230玉米籽粒收獲機,測產(chǎn)方法按照DB15/T 1468—2018地方標準。兩邊地頭各去除2.5 m行長,測產(chǎn)長度為60 m,寬度為3.6 m。每處理隨機選取5個樣點,每樣點為2 m行長,一個割幅寬(6行區(qū)玉米),收集樣點內(nèi)落粒、落穗,稱籽粒重,計算產(chǎn)量損失率。

7)籽粒破碎率和雜質(zhì)率:隨機取機械收獲后的玉米籽粒約2 kg,3次重復,將其重量計為W,然后將其分為籽粒和雜質(zhì)兩部分。對籽粒稱重(WK),雜質(zhì)稱重(WN),從籽粒中挑出破碎籽粒,并稱重(WK1),計算籽粒破碎率和雜質(zhì)率。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2010記錄與整理數(shù)據(jù)、作圖,統(tǒng)計分析軟件SPSS 20.0進行聚類分析和方差分析。對于服從二項分布的數(shù)據(jù),作方差分析前對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換,使其符合正態(tài)分布。以機收質(zhì)量、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素等指標為依變量,肥力指數(shù)為自變量進行回歸分析,明確隨著土壤肥力提高,各指標的變化規(guī)律;對同一品種、同一密度下不同肥力之間的指標進行多重比較(LSD法),明確肥力間的差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式土壤肥力聚類

由2018—2019年不同耕作方式土壤肥力指數(shù)(表2)聚類分析可知,2018年在閾值0.1209處將9個處理的肥力分為3類,高肥力為DPR,中肥力為DP、NTR和SSR,低肥力為F、SC、NT、SCR和SS;2019年連續(xù)作業(yè)后,在閾值0.1321處將9個處理的肥力分為3類,DPR、SSR為高肥力,DP、SCR、NTR、SS為中肥力,F、SC、NT為低肥力(圖1)。兩年不同耕作方式的土壤肥力分類基本一致。以下分析均選取每個肥力水平下的兩種典型耕作方式為代表,其中低肥力水平選擇SC和NT,中肥力選擇SS和DP,高肥力選擇SSR和DPR,處理F為對照。F肥力水平為0.3185(2018年)、0.2673(2019年)。

2.2 土壤肥力對玉米機械粒收質(zhì)量的影響

從表3分析可知,玉米產(chǎn)量損失率兩年均在土壤肥力、密度間存在顯著差異(P＜0.05),籽粒破碎率兩年均在土壤肥力、品種、密度和土壤肥力×密度間存在極顯著或顯著差異(P＜0.01或P＜0.05),雜質(zhì)率兩年均在土壤肥力、種植品種、密度間存在極顯著差異(P＜0.01)。土壤肥力、品種、密度對玉米機械粒收質(zhì)量均有顯著影響,但除破碎率在土壤肥力×密度間存在顯著互作效應外,其他因素不存在顯著的互作效應。土壤肥力、種植密度及其二者互作對玉米倒伏率也有明顯影響(P＜0.05)。因此,土壤肥力對玉米機械籽粒直收質(zhì)量的影響可進一步分析。

表3 2018—2019年不同處理下玉米機械粒收質(zhì)量和倒伏率的方差分析Table 3 Analysis of variance on maize mechanized grain harvest quality in different tillage and straw returning measures in 2018 and 2019

2.2.1 對玉米產(chǎn)量損失率的影響

由圖2可知,提高土壤肥力,玉米機械化收獲產(chǎn)量損失率降低。在低密度水平下,肥力水平提高1個單位,產(chǎn)量損失率下降11.14～11.15個百分點(2018年)和2.39～2.71個百分點(2019年);高密度條件下,肥力提高對產(chǎn)量減損作用更加明顯,肥力增加1個單位,產(chǎn)量損失率下降12.55～15.70個百分點(2018)和4.20～4.32個百分點(2019)。

種植密度增加,產(chǎn)量損失率增加。增加密度后,‘XY696’和‘XM6’兩年的平均產(chǎn)量損失率分別增加1.70和1.06個百分點。以2018年為例,‘XY696’和‘XM6’高密度種植條件平均產(chǎn)量損失率為8.11%、6.09%,而低密度條件分別為5.45%和4.47%。‘XY696’產(chǎn)量損失率略高于‘XM6’。

綜上所述說明,與F肥力相比,采取耕作及秸稈還田措施提升土壤肥力后可明顯降低產(chǎn)量損失率,隨種植密度增加,降低幅度增大。

2.2.2 對籽粒破碎率的影響

如圖3所示,不同土壤肥力間玉米籽粒破碎率存在差異,低肥力水平的籽粒破碎率略低于農(nóng)戶淺旋(F);中、高肥力水平的籽粒破碎率略高于F。具體而言,2018年F肥力籽粒破碎率為2.75%,低、中、高肥力分別為2.54%、2.82%和2.85%。2018年和2019年回歸方程顯示,隨著肥力的提高,籽粒的破碎率無明顯增減趨勢。

種植密度增加,籽粒破碎率降低,‘XY696’‘XM6’籽粒破碎率兩年平均降低0.42～0.44個百分點。以2018年為例,‘XY696’和‘XM6’高密度種植條件平均籽粒破碎率為2.51%和2.65%,而低密度條件分別為2.74%和3.06%。就品種而言,‘XY696’的平均籽粒破碎率為3.08%,‘XM6’為3.65%。

上述分析表明,土壤肥力提升對籽粒破碎率影響不明顯,增加密度后有降低籽粒破碎率的趨勢。

2.2.3 對玉米雜質(zhì)率的影響

本試驗中玉米機械化籽粒直收的雜質(zhì)主要是破碎的玉米芯。從圖4可見,隨著土壤肥力水平增加,收獲籽粒的雜質(zhì)率無明顯增減趨勢。低肥力水平的雜質(zhì)率與農(nóng)戶淺旋(F)差異不大;中、高肥力水平的雜質(zhì)率略高于F。具體而言,2019年F肥力雜質(zhì)率為0.14%,低、中、高肥力分別為0.15%、0.26%和0.24%。

兩玉米品種均表現(xiàn)為種植密度增加雜質(zhì)率降低,‘XY696’ ‘XM6’增加密度后雜質(zhì)率平均降低0.03和0.04個百分點。以2019年為例,‘XY696’和‘XM6’高密度種植條件平均雜質(zhì)率為0.16%和0.20%,而低密度條件分別為0.20%和0.27%?！甔Y696’的平均雜質(zhì)率0.095%,低于‘XM6’的0.13%。

2.3 土壤肥力對玉米形態(tài)學性狀的影響

2.3.1 對玉米穗位整齊度的影響

由圖5可知,不同肥力水平下玉米穗位整齊度存在明顯差異,隨著土壤肥力的提升,穗位整齊度明顯提高。綜合2018年和2019年的結(jié)果,低密度條件下,土壤肥力增加1個單位,穗位整齊度以5.35～6.66的速率提高;高密度條件下,土壤肥力增加對整齊度的提高作用更加明顯,速率為8.58～9.69。

增加種植密度后,玉米的穗位整齊度下降,‘XY696’和‘XM6’兩年平均下降1.68、1.45。以2018年為例,‘XY696’和‘XM6’高密度種植條件平均整齊度為10.57和12.22,而低密度條件分別為12.66和13.92。高肥力下增加種植密度,穗位整齊度的降幅低于低肥力下的增密結(jié)果,‘XY696’在對照農(nóng)戶淺旋(F)肥力條件增密,整齊度下降2.56,在高肥力(DPR)條件增密,整齊度下降1.72。

從以上分析可見,提升土壤肥力可以提高穗位的整齊度,且土壤肥力水平高可緩解增加密度壓力帶來的穗位整齊度下降幅度。

2.3.2 對玉米倒伏率的影響

隨著土壤肥力的提升,玉米倒伏率明顯降低。綜合2018年和2019年的結(jié)果,低密度條件下,土壤肥力增加1個單位,倒伏率下降5.44～6.74個百分點;高密度條件下,土壤肥力增加對降低倒伏率的作用更加明顯,倒伏率下降7.99～9.75個百分點(圖6)。

玉米種植密度加大,倒伏率增加,‘XY696’和‘XM6’兩年平均增加2.36和1.57個百分點。以2018年為例,‘XY696’和‘XM6’高密度種植條件平均倒伏率為6.05%和5.17%,而低密度條件分別為3.84%和3.57%。高肥力下增加種植密度,玉米倒伏率的增幅低于低肥力下的增密結(jié)果,以‘XY696’為例,對照F肥力條件下增加種植密度,倒伏率增加2.70個百分點,在高肥力(DPR)條件下增加種植密度,倒伏率增加1.37個百分點。

綜上所述,土壤肥力提升可降低玉米的倒伏率,且高密度條件下作用效果更加明顯。

2.4 土壤肥力對玉米收獲籽粒含水率及籽粒脫水特性的影響

從表4可知,籽粒平均脫水速率、收獲籽粒含水率兩年均在土壤肥力、種植密度和品種間存在極顯著差異(P＜0.01),玉米種植密度與品種交互對籽粒脫水速率有明顯影響。

表4 2018年和2019年不同處理間玉米收獲籽粒含水率的方差分析Table 4 Analysis of variance on maize grain moisture content in harvested between different tillage and straw returning measures in 2018 and 2019

2.4.1 對籽粒脫水特性的影響

由圖7可知,隨著土壤肥力提高,玉米籽粒的平均脫水速率明顯增加。‘XY696’低密度種植,高肥力水平對脫水速率沒有明顯提高效果,在高密度條件下,每增加1個肥力單位,脫水速率提高0.048～0.079 %·d–1。‘XM6’在高、低密度條件下隨著肥力提高,脫水速率均呈線性增加(0.048～0.09 %·d–1)。

兩品種的脫水速率均隨種植密度增加而加快,增加0.02～0.03 %·d–1。以2018年為例,‘XY696’和‘XM6’高密條件平均脫水速率為0.46 %·d–1和0.50 %·d–1,而低密度條件分別為0.45 %·d–1和0.47 %·d–1?！甔M6’平均脫水速率略高于‘XY696’。

可見,土壤肥力提升有提高玉米籽粒脫水速率的趨勢,肥力越高作用效果越明顯。

2.4.2 對收獲期籽粒含水率的影響

由圖8兩玉米品種在不同土壤肥力水平下兩種種植密度的收獲籽粒含水率可知,收獲籽粒含水率均＜25%,達到了宜機械化籽粒收獲的水平。隨著土壤肥力的提高,籽粒含水量并未表現(xiàn)出明顯的增減趨勢。具體而言,2018年農(nóng)戶淺旋(F)肥力籽粒含水量為16.81%,低、中、高肥力分別為16.96%、16.6%和16.86%;2019年F肥力籽粒含水量為22.73%,低、中、高肥力分別為23.50%、22.03%和22.73%。

增加種植密度,籽粒含水量降低?！甔Y696’ ‘XM6’增加密度后籽粒含水量下降0.54～0.57個百分點,以2018年為例,‘XY696’和‘XM6’高密條件平均籽粒含水量為16.93%、16.75%,而低密度條件分別為17.49%和17.12%?？梢?玉米籽粒含水率隨種植密度增加而降低,中肥力土壤有降低籽粒含水率的作用。

2.5 土壤肥力對玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2.5.1 對籽粒產(chǎn)量的影響

由表5可知,土壤肥力、品種基因型和種植密度對玉米籽粒產(chǎn)量有極顯著或顯著的影響(P＜0.01或P＜0.05)。隨著土壤肥力提高,玉米籽粒產(chǎn)量明顯增加。在低密度種植條件下,每增加1個肥力單位,產(chǎn)量提高1878.5～2544.4 kg·hm–2;高密度條件下,肥力提高更有助于增產(chǎn),每增加1個肥力單位,產(chǎn)量提高2803.4 ～4184.5 kg·hm–2(圖9)。

表5 2018年和2019年不同處理間玉米籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的方差分析Table 5 Analysis of variance on maize grain yield and yield components between different tillage and straw returning measures in 2018 and 2019

2.5.2 對產(chǎn)量構(gòu)成的影響

綜合表5方差分析結(jié)果可知,玉米公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重兩年均在土壤肥力、品種和密度間存在極顯著或顯著差異(P＜0.01或P＜0.05)。說明土壤肥力、品種基因型、種植密度對玉米產(chǎn)量構(gòu)成存在真實影響。

由圖10可見,隨著土壤肥力提高,玉米公頃穗數(shù)明顯增加。在低密度條件下,每增加1個肥力單位,穗數(shù)增加5045.90～7795.40穗·hm–2;高密度條件下,肥力提高更有助于穗數(shù)增加,每增加1個肥力單位,穗數(shù)增加9220.50～11 004.00穗·hm–2(圖10)。

種植密度增加,公頃穗數(shù)增加。‘XY696’和‘XM6’增加種植密度后平均公頃穗數(shù)增加22 618.51穗·hm–2和21 149.30穗·hm–2,增幅為29.27%～30.84%。在F肥力水平,‘XY696’種植密度從82 500株·hm–2增加到112 500 株·hm–2,穗數(shù)增加21 544.16穗·hm–2,在高肥力(DPR)水平,穗數(shù)增加23 328.92穗·hm–2。

綜合分析發(fā)現(xiàn),土壤肥力提升玉米公頃穗數(shù)明顯增加,隨種植密度增加,作用效果越明顯。

由圖11可知,提升土壤肥力均增加了玉米穗粒數(shù);種植密度增加,穗粒數(shù)降低。隨著土壤肥力的提高,‘XY696’和‘XM’6在低密度條件下以39.28～42.99粒·穗–1的速率增加;高密度條件下,每增加1個肥力單位,單穗粒數(shù)增加52.80～60.33粒。

種植密度從82 500株·hm–2增加到112 500株·hm–2,‘XY696’和‘XM6’穗粒數(shù)分別降低78.30?！に毹C1和67.93?！に毹C1,降低11.52%～12.95%。在F肥力條件,‘XY696’增加密度后穗粒數(shù)減少82.94粒·穗–1,高肥力(DPR)條件穗粒數(shù)減少76.36?！に毹C1。

本段文字，結(jié)論句是上文的一種小結(jié)，顯然，這樣的結(jié)論句是水到渠成的小結(jié)，而不是可有可無的“蛇足”。第二句是論據(jù)句，舉了鮑叔牙式朋友的例子，第三句至第五句分析了“真正的朋友”應當是怎樣的狀態(tài)，第六句（結(jié)論句）則在此基礎上分析“真正的朋友”對于你的重要意義。

綜上分析說明,土壤肥力提升明顯提高了單穗粒數(shù),肥力水平高可減少增密帶來的穗粒數(shù)下降幅度。

由圖12可見,土壤肥力提升明顯提高了玉米千粒重;肥力每增加1個單位,千粒重增加20.84～35.51 g。

種植密度從82 500株·hm?2增加到112 500株·hm?2,‘XY696’和‘XM6’千粒重下降12.10～19.63 g,降低3.34%～5.81%。在F肥力條件,‘XY696’增加密度種植后千粒重減少21.01 g,DPR高肥力條件千粒重減少19.25 g。

綜上分析說明,土壤肥力提升明顯提高了玉米籽粒千粒重,肥力水平高可減少增加密度種植帶來的千粒重下降幅度。

3 討論

3.1 土壤肥力提升對玉米機械粒收籽粒損失的影響

產(chǎn)量損失率、籽粒破碎率和雜質(zhì)率是評價玉米機械化籽粒直收質(zhì)量的主要指標[3,7]。不同品種的遺傳差異、區(qū)域生態(tài)資源特點與品種搭配、栽培管理措施、機具的配套與應用等均對收獲質(zhì)量產(chǎn)生影響[8-11]。其中,品種的籽粒含水率和倒伏特性是影響收獲質(zhì)量的主要因素[12-13]。Dutta[14]研究認為,籽粒含水率超過20%時收獲機械損傷率急劇增加,玉米由機械穗收向粒收方式轉(zhuǎn)變過程中存在籽粒含水率過高收獲導致機械損傷大的問題。國內(nèi)學者研究也表明,收獲期玉米籽粒平均含水率與破碎率、雜質(zhì)率及機收損失率之間均呈極顯著正相關[15-17],而玉米生理成熟期籽粒脫水特性是玉米收獲時籽粒含水率的關鍵[18-19]。李少昆等[20]和薛軍等[21]研究表明,玉米倒折對機械粒收質(zhì)量也產(chǎn)生較大影響;且薛軍等[22]調(diào)查分析玉米田間倒伏率與機械粒收產(chǎn)量損失率關系表明,莖折每增加1%,落穗率增加0.28%,根倒每增加1%,落穗率增加0.17%。本團隊在從事玉米機械化籽粒直收生產(chǎn)實踐的調(diào)查發(fā)現(xiàn),穗位整齊度越好玉米機械粒收獲損失愈少,故此,在本研究中也將穗位整齊度作為重要指標進行研究。

前人的研究已證實各耕作和秸稈還田措施具有改善土壤理化和土壤微生物特性,提升土壤肥力,從而促進玉米生長發(fā)育的作用[23-26],而關于土壤肥力對玉米籽粒脫水速率和含水量以及植株倒伏倒折影響的研究國內(nèi)外尚鮮見報道。采取耕作措施和秸稈還田方式提高土壤肥力,有利于促進玉米根系的形態(tài)發(fā)育及耕層空間分布,促進養(yǎng)分的吸收[27-28]。本研究中土壤肥力提升使玉米形態(tài)優(yōu)化,提高了穗位高整齊度且使倒伏率下降,為機械粒收減損奠定了良好的基礎。張博文[29]和包額爾敦嘎等[30]研究也表明,深松措施所帶來的土壤性狀改變有利于增加脫水速率,降低籽粒含水量;本研究結(jié)果與此相一致,土壤肥力提升顯著提高了玉米籽粒脫水速率,降低生理成熟期含水量。這些指標的綜合改善可能降低了玉米機械粒收的破碎率、雜質(zhì)率及產(chǎn)量損失率,可以認為土壤質(zhì)量提升有助于玉米機械粒收減損。

品種、種植密度與機械粒收質(zhì)量密切相關。在本研究中增加玉米的種植密度,倒伏率增加,肥力的提升緩解了增加種植密度所帶來的負面效應,減少了倒伏率;而種植密度增加,籽粒脫水速率有降低趨勢,這與王克如等[15]的研究結(jié)果一致,通過增大種植密度等措施在獲取高產(chǎn)的同時降低收獲期籽粒含水率,提高收獲質(zhì)量。機械化籽粒直收根本的減損措施是防止玉米倒伏、降低收獲時含水量,品種的遺傳差異是影響玉米抗倒伏能力、籽粒脫水速率的內(nèi)因[31-32]。本研究2個玉米品種性狀差異顯著,平均而言,‘XY696’產(chǎn)量損失率高于‘XM6’,原因在于倒伏率高于‘XM6’,穗位整齊度、平均脫水速率、收獲期含水量等指標均低于‘XM6’,這一結(jié)果可為宜機收品種選育提供可借鑒的依據(jù)。

3.2 土壤肥力提升對玉米機械粒收產(chǎn)量的影響

我國玉米產(chǎn)量的地力貢獻率約為51.0%,較美國低約20個百分點,耕地質(zhì)量水平偏低,限制了玉米增產(chǎn)潛力[33]。在增加種植密度成為我國提高玉米單產(chǎn)水平的主要途徑背景下,土壤肥力成為增密增產(chǎn)的重要保障。叢萍等[34]的研究表明,秸稈一次性深埋還田能夠提高亞表層土壤肥力質(zhì)量,可以顯著提高夏玉米產(chǎn)量5.11%;梁堯等[35]的研究也表明,秸稈深翻處理可使玉米產(chǎn)量提高5.6%～14.3%;秸稈處理與耕作方式交互作用對穗數(shù)、千粒重及產(chǎn)量的影響極顯著,對穗粒數(shù)影響不顯著[4]。而國外學者的研究主要集中于少(免)耕對土壤肥力和作物產(chǎn)量的提升[36-37]。本研究將不同土壤肥力與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進行回歸分析發(fā)現(xiàn),隨著土壤肥力提升,玉米有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均顯著提高,最終實現(xiàn)產(chǎn)量的線性增加;尤其在高密度種植條件下,土壤肥力增加減少了穗粒數(shù)和千粒重的降低幅度,實現(xiàn)高肥力條件增密達到增產(chǎn)的效果。

從機械粒收的角度而言,倒伏導致玉米行距模糊,難以對行收獲,加大了機械收獲難度,會造成產(chǎn)量損失[22];另外,籽粒含水量與籽粒破碎率、雜質(zhì)率呈顯著正相關[38-39]。土壤肥力提升條件下,降低了玉米倒伏率和收獲期含水量,加快籽粒脫水速率,這些性狀的改善使產(chǎn)量損失率減少,促進增產(chǎn)。

4 結(jié)論

在機械化粒收成為提高我國玉米收獲質(zhì)量的有效途徑和必然趨勢的背景下,通過耕作措施和秸稈還田方式調(diào)控土壤肥力,土壤肥力提高后,產(chǎn)量損失率明顯降低,其原因可能是由于土壤肥力的提升,增加了玉米穗位整齊度,降低倒伏率,提高籽粒脫水速率,收獲期籽粒含水量下降,從而實現(xiàn)玉米機械粒收減損的目標;尤其在增密條件下,高肥力降低產(chǎn)量損失率的作用更加明顯。提升土壤肥力可使玉米品種有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重增加,從而提高了玉米籽粒產(chǎn)量;同時由于產(chǎn)量損失率的減少,增產(chǎn)效果更加明顯。因此,與農(nóng)戶淺旋的土壤肥力相比,采取耕作和秸稈還田方式提高土壤肥力,可以實現(xiàn)玉米機械粒收增產(chǎn)減損。選用抗倒伏、穗位整齊度高、脫水速率快的品種也可以達到機械粒收減損的目標;在高土壤肥力下,適當增大種植密度可以實現(xiàn)增產(chǎn),同時降低收獲期籽粒含水量,提高收獲質(zhì)量。